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암모니아에서 연료로서의 가능성을 보다

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 주로 농업용 비료에 사용되는 질소와 수소의 화학 혼합물, 암모니아를 누구나 안다. 그러나 과학자들은 암모니아의 분자식인 NH3가 우리의 예상과는 달리 큰 가능성을 가지고 있다고 말한다. 예를 들어 도로에서 화물을 운송할 때 디젤 연소 시 질소산화물(NOx)의 배출을 줄이기 위해 요소화합물의 배기가스 정화에 애드블루가 주로 사용된다.

 더 나아가 암모니아는 2050년까지 LNG, 디젤 또는 가솔린과 같은 전통적인 연료에 대한 중요한 대안이 될 것이다. 이는 컨설팅회사인 DNV GL의 “해양 예측-에너지 전환 전망 2019” 연구에서 나온 것이다. 연료로 쓰이고 있는 액화천연가스 LNG, 배기가스 정화기능이 있는 중유, 전기구동장치 및 바이오 연료 외에 암모니아의 사용 비율은 내륙 및 심해 선박에서 약 25%가 될 것으로 예상된다. 

 그러나 현재 암모니아는 아직 개발 단계에 있다. 전세계 연구소들은 엔진, 터빈 또는 연료 전지에 어떻게 사용될 수 있을지 연구하고 있다. 이러한 연구에 참여하는 연구소에는 독일 프라운호퍼 환경‧안전‧에너지기술 연구소, 라이프니츠 플라즈마과학‧기술 연구소, 연료전지기술센터, 미국 델라웨어대학교, 콜로라도 연료전지센터, 오스트레일리아 멜버른의 모나쉬대학교 등이 있다. 





캠프파이어 얼라이언스

 연구진의 공통 목표는 가솔린이나 디젤과 같은 기존 연료를 대체할만한 탄소가 없는 연료를 찾는 것이다. 캠프파이어 얼라이언스에는 독일 메클렌부르크-포어포메른주의 로스토크, 그라이프스발트 및 슈트랄준트, 브란덴부르크주의 우커마르크 등이 참여하고 있다. 이 얼라이언스는 풍력 에너지를 암모니아 연료로 변환하여 저장하고 이 에너지 저장장치를 모빌리티에 이용할 기술을 개발, 제조 및 수출하고자 한다.

 “재생 에너지로 생산된 녹색 암모니아는 화석 연료의 대안”이라고 라이프니츠 플라즈마과학‧기술 연구소 소속이자 캠프파이어 얼라이언스의 대변인 및 코디네이터인 앙겔라 크루트가 말했다. 암모니아는 액화 및 운반이 용이하다. 에너지 밀도는 디젤의 절반에 불과하고 메탄올과 비슷하다. 특히 탄소가 없는 전자 연료에서 수소를 저장할 수 있는 가능성이 있다.

 이는 “해양 예측-에너지 전환 전망 2019” 저자들의 의견이기도 하다. 그러나 여전히 극복해야 할 몇 가지 장애물이 있다. 암모니아가 현재 생산되는 소위 하버-보쉬(Haber-Bosch) 공정은 에너지 집약적이지만 물질은 연소되지 않으며 독성이 매우 높다. 그럼에도 캠프파이어 얼라이언스 크루트 대변인은 화물선박뿐만 아니라 화물자동차 운송에서도 녹색 암모니아가 가능성이 있다고 생각한다. 이 물질은 디젤 및 가스엔진, 가스터빈과 연료전지에 사용될 수 있다. 그러나 어떤 구동 시스템이 최적인지는 성능 등급에 따라 다르다. 

 가연성을 높이려면 점화물질을 추가해야 한다. 80NH3와 20수소의 혼합물이 점화물질로 가능할 것으로 보인다. 디젤은 또한 이중 작동에서 암모니아와 결합될 수 있다. 여기서 대형 엔진 제조업체는 대형화물선박에 사용하기 위해 95% 암모니아와 5% 디젤의 혼합 비율을 설정했을 것이다. 350kW 또는 700kW급 용량의 중간 크기 선박은 암모니아-수소 혼합물로, 미래에는 순수한 암모니아로도 구동할 수 있다. 크루트는 연료로 물을 사용하는 것과 이를 도로에서 사용하는 것이 생각보다 먼 일이 아니라고 확신한다.


암모니아를 고려하지 않는 선주

 선주들은 암모니아의 사용에 회의적이다. 독일물류신문 DVZ의 문의에 독일선주협회는 “현재의 트렌드이더라도 선주들은 선박의 미래 연료로 암모니아를 다소 꺼린다”는 입장을 전했다. 수년 전 암모니아는 선적 시 냉매로 인한 위험 때문에 선박에서 퇴출되었다. 독성의 경우 아무것도 변하지 않았다.

 또한 지금까지 대형 엔진을 위한 엔진 기술이 없으며 선박 운행에 대한 안전 규정이 부족하다. 따라서 독일선주협회는 과도기인 현재 메탄올과 LPG에 중점을 두고 있으며 미래에는 재생 가능 에너지, 즉 "power-to-x"에서 생성된 합성 연료에 더 중점을 두고 있다. 크루트는 이 회의적인 반응을 알고 있으며 안전 콘셉트와 더 많은 홍보를 통해 극복하려 한다고 말했다.





역사와 미래: 암모니아의 합성부터 잠재력까지

 화학자 프리츠 하버는 1909년 처음 암모니아를 합성했다. 4년 뒤 화학자 칼 보쉬는 BASF의 대규모 생산에 참여하여 하버의 실험을 수행했다. 1913년 이후 암모니아는 하버-보쉬-프로세스로 합성 생산되었다. 연료로서 암모니아는 새롭지 않다. 19세기에 이미 버스가 암모니아로 운행되었다. 가장 잘 알려진 건 1940년 브뤼셀에서 에메릭 크록이 전쟁 중에 대중 교통을 유지하기 위해 암모니아-석탄-가스-하이브리드 엔진을 개발했던 것이다. 디젤이 너무 부족했기 때문이다. 그러나 전행이 끝난 뒤에는 천연가스와 석유가 더 저렴했기 때문에 사용되지 않았다. 현재 암모니아는 비료, 폭발물, 의약품, 철강 산업 및 세제에서 사용되고 있다. 또 모빌리티 분야에서 연구가 진행 중이다.




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미디어케이앤
은 BVL(Bundesvereinigung Logistik  :  독일연방물류협회)의 한국대표부로 양국간 물류비지니스의 가교역할을 하고 있습니다.
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